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几种常用高压变频器技术的对比分析

几种常用高压变频器技术的对比分析

点击数:7671 次   录入时间:03-04 11:51:55   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
  考虑到输出变压器原边和副边电流相等,可计算得到第一个逆变器的三个输出电流为,ia1=Isin(ωt)ib1=Isin(ωt-120°)(5)ic1=Isin(ωt+120°)
  
  另外两个逆变器的三个输出电流也满足以上关系,即:ia1=ia2=ia3=Isin(ωt)ib1=ib2=ib3=Isin(ωt-120°)(6)ic1=ic2=ic3=Isin(ωt+120°)
  
  也就是说三个逆变器输出电流完全平衡。
  
3)功率关系在得出电压电流关系式后,我们很容易得到该高压变频器各部分间的功率关系。很显然三个逆变器的视在功率VA1,VA2,VA3为VA1=VA2=VA3=〔〕aEI,而整个高压变频器的视在功率VA为VA=〔〕aEI,也就是说三个逆变器均分了整个变频器的输出。
  
4)PWM策略
  
  由于三个逆变器电压、电流和功率完全对称,因此三个逆变器可采用完全相同的控制规律,这时加在电机的线电压等于一个逆变器输出线电压的三倍,相当于一个两电平的PWM高压变频器,这种方法虽然简单,但由于dv/dt太大,不宜采用。
  
  一种比较好的方法是将三个逆变器的PWM信号相互错开1/3个开关周期,对SPWM来说就是三个逆变器各自采用一个三角波,且这三个三角波之间相位互差120°。图13是采用这种方法后得到的电机线电压波形,其中电压频率为40Hz,注入了15%的三次谐波。可以看出这就是一个线电压为7电平的高压变频器,相当于四电平变频器的线电压波形。
  
5)输出变压器输出变压器在本方案中起着十分重要的作用,也可能是本方案的薄弱环节,因为太大容量的变压器会限制它的应用。一般情况下该变压器可采用图14所示结构。从前面分析知道,输出变压器各绕组间的电压有效值都为〔〕aE,且流过各绕组的电流相等,有效值都为,于是可得到该变压器的容量为〔〕aE,也就是说输出变压器的容量为变频器总容量的1/3,比高-低-高方案中的输出变压器的容量要小的多。
  
  这种高压变频器方案具有如下突出的优点:
  
  1)以三个常规的变频器为核心可构成高压变频器;
  
  2)三个常规变频器平衡对称运行,各自分担总输出功率的1/3;
  
  3)整个变频器的输出可等效为7电平PWM输出波形优于普通三电平变频器,与四电平变频器相同。总谐波畸变THD<0.3%,dv/dt也较低;
  
  4)输出变压器的容量只需总容量的1/3,可以内置,也可以外装;
  
  5)18脉波输入二极管整流器,网侧谐波小,功率因数高。 
8、结语
  
  功率器件串联二电平电流型变频器由于其本身的缺点,使用越来越受到限制。
  
  单元串联多重化变频器是由于当时功率器件耐压太低的产物,系统复杂,器件数量多,体积庞大,故障率高;但却歪打正着,赢得了无可比美的输入输出波形,堪称“完美无谐波”;改进的方法是用高压IGBT或IGCT组成功率单元,以减少单元数,缩小体积,但却是以牺牲波形为代价的,要加输出滤波器,使谐波达标。
  
  采用高压IGBT、IGCT的三电平变频器具有结构简单,可靠性高,器件数量少,效率高的优点,在高压供电面前,能用多电平,谁还会去用多重化呢?但波形稍差,需加LC输出滤波器,即使如此其成本也比多重化变频器低。目前由于器件耐压的限制,输出电压只能达到4.16kV,若要输出6kV,可采用电机Y/△改接的办法,看来这是6kV电机节能改造最经济合理的方案。
  
  变压器耦合输出高压变频器,有望用目前耐压水平的器件实现6kV、10kV高压输出,是一种很有前途的新型高压变频方案。
  
  随着功率器件的不断发展,在中等功率高压变频器中,GTO即将退出舞台,而高压IGBT、IGCT是很有发展前途的器件,是解决中高压变频的希望;IGCT由于其导通压降低、损耗小而占有一定的优势,将成为高压变频器的主要功率器件。google_protectAndRun("render_ads.js::google_render_ad", google_handleError, google_render_ad);

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